文章目录：

1、铝合金车身覆盖件冲压模具的设计及生产维护关键技术2、汽车铝合金覆盖件模具调试方法3、消除铝合金压铸件气孔缺陷的工艺改进

铝合金车身覆盖件冲压模具的设计及生产维护关键技术

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文章来源：《锻造与冲压》2024年第8期

李珊珊， 崔江浩， 韩亚飞， 沈镭·北京奔驰汽车有限公司

铝板因其密度小、比强度高等特点在汽车工业领域得到越来越多的应用。铝板在实际使用时常面临成形、生产碎屑、模具维修维护等诸多方面挑战。本文从材料特性、模具规划、批量生产、模具维修维护四个方面介绍铝板在实际应用时遇到的问题、产生原因，并提供有效的预防及整改方法。

在国家对能源、环保、安全严格要求的背景下，轻量化成为汽车工业发展的主流趋势。其中冲压件板材由铝板代替传统的钢板是其中主要内容之一。近些年新车型汽车车身中铝合金的应用越来越多，以蔚来ES8 为例，汽车车身铝合金占比高达98.4%。常见的铝合金车身零件包含机盖、翼子板、车门、顶盖、行李厢等品种。

因材料的特性差异，与钢板相比铝板具有密度小、比强度高的优点，同时也存在成形性差易开裂、回弹大、生产碎屑多等问题，如图1 所示。为保证铝板生产更加稳定高效，需要对生产的各个环节(模具设计、生产关注、模具维修维护)进行调查分析，并给出行之有效的预防及解决措施。

图1 铝板冲压常见的问题

常用车身覆盖件的铝板选材及材料特性常用材料

汽车车身常用的铝板有5XXX 系铝镁合金和6XXX系铝硅镁合金(图2)，二者均具有较高的强度及良好的成形性，适用于汽车制造要求。其中5XXX 系铝板具有良好的抗腐蚀性常用于汽车内板件，6XXX 系铝板综合性能优良、表面质量好同时具备热处理强化能力，因而在外覆盖件中经常使用。5XXX 系铝板与6XXX 系铝板性能差异见表1。

表1 5XXX 系铝板与6XXX 系铝板性能差异

图2 铝板材料的分级

钢板与铝板性能差异

铝板弹性模量是钢板的1/3，断裂延伸率及塑性应变比均低于钢板，以CR5 材料和Al6 材料对比为例，力学性能对比数据见表2，材料性能拉伸应力应变曲线如图3 所示。

表2 CR5 材料和Al6 材料的力学性能数据

图3 CR5 和Al6 材料的拉伸应力应变曲线

模具设计关键技术

冲压模具规划阶段需要根据铝板板材性能特点，充分考虑尺寸回弹及成形失稳情况，在兼顾产品工艺需求、生产效率以及零件质量的前提下，需要对零件拉延成形及模具刃口设计提出更高的要求。

拉延成形

因为铝板具有延展率低，屈强比高以及塑性应变比小等特点，成形过程中易发生起皱开裂等情况，模具设计时需注意以下6 点：

⑴拉延深度尽量做浅，提高成形稳定性。拔模角度在保证材料利用率的前提下尽量做大。

⑵工艺补充区尽量平缓，成形深度均匀过渡，避免急剧变化。

⑶翻整展开区平缓，减少二次成形区的减薄率为后序翻整留够安全空间。

⑷分模线平缓过渡，避免材料在过渡区堆积起皱，如图4 所示。

图4 分模线平缓过渡

⑸成形圆角包括凹模直段、凹模过渡段、凸模、凹模、拉延凹筋R 角在内的角都要做到最大。

⑹考虑凸凹模缩放，避免因回弹问题造成后工序符型干涉，如图5 所示。

图5 拉延模凸凹模缩放

模具刃口设计

通常情况下铝板的弹性模量约为钢板的1/3，造成铝板切边时更易产生碎屑，从而引起板料表面硌伤等问题。在模具刃口设计时，需注意以下5 点：

⑴切边角度越小越好，保证良好的切边条件。

⑵切边圆角小R 处理，防止刃口划伤板料，且刃入量尽量做小，从而减少碎屑产生概率。

⑶侧修边区域可采取拉延筋断开方式(图6)，拉延筋尽量平缓过渡，保证良好的切边角度。

图6 拉延筋断开

⑷废料分布优选二次切断，可尽量减少废料刀使用。

⑸后工序型面加工建议预留回弹量，减少零件不符型情况。

生产过程的关键技术

在模具规划已充分考虑和优化的前提下，铝板模具生产面临自动化生产、生产周期、生产数量等多方面挑战。在此阶段，需要制定稳定可靠的在线及线下措施，进一步降低铝板零件批量生产中的系统风险。

板料分张及板料回带

与普通钢板相比，铝板具有质量轻、无磁性的特点。自动化生产时，防锈油将上下叠放的板料牢牢吸附在一起，线首设备只能通过增加向堆垛边缘吹气的方式将其分离，生产故障率高。经验证，在保证零件面品质量及成形性的前提下，在板料非关键区增加压窝形状可有效的解决板料分张问题，如图7 所示。

图7 板料压窝

铝板零件密度低、板料轻，压机滑块上行时，拉延零件易受气压的影响发生板料回带问题。在实际生产时通常采用3 点措施解决板料回带：⑴在保证零件面品的前提下，模具非关键区域增加排气孔，排气孔直径尽量做大(图8)；⑵模具压边圈四周增加气动夹手，压机上行时牢牢抓住零件，防止回带；⑶模具型腔适当增加工艺孔，保证气体流动顺畅。

图8 模具排气孔

生产中的开裂预防

生产过程中零件与模具之间摩擦积热，增加了铝板零件开裂的风险。对于单次批量较大的生产方式(单批次大于1500 件)，在实际生产时可采取为模具部件降温的措施(图9)，降低开裂风险。某车型翼子板改造后，零件开裂统计结果见图10，开裂大幅降低。

图9 模具冷却装置

图10 零件开裂统计(次/年)

铝板生产中FTC 的治理

铝板零件在批量化生产时，因其碎屑小且轻的原因，更易受传输风压的影响到处乱飞，频繁造成零件硌伤，特别是针对一些切边形状较为复杂的铝板零件，系统生产效率和一次下线合格率将受到较大制约。为此可采用自动化清洁装置(图11)，在不影响效率的情况下，根据设计频次，模具定时自清理生产碎屑，从而大大降低零件铬伤，减少了零件返修率(图12)。

图11 模具自动清洁装置

图12 零件返修率

模具维修与维护关键技术

模具日常维修维护阶段，合理规范的维修方式及科学精准的维护方案可以减少问题发生的频率，保证零件质量，使铝板冲压生产更加高效稳定。

钢板模具与铝板模具维护的差异

跟钢板相比，铝板材质软、面品质量更易受异物铬伤影响，所以铝板模具维护频率明显高于钢板模具。以拉延模具为例，铝板模具点检频率为13000 件1 次，钢板模具点检频率为18000 件1 次。

不同工序模具维护的差异

铝板零件工序主要内容一般分为拉延、切边(冲孔)、翻整三项，其中拉延模具主要受生产线异物影响，切边模具容易产生铝屑，发生碎屑堆积现象，翻整模具主要受前工序切边碎屑影响。所以拉延模具维护时主要关注异物的来源及种类，切边模具维护时关注切边刃口状态，尤其是形状不规则的刃口(容易导致模具间隙不均匀)，维护频率为5000 件1 次，翻整模具多受前工序料屑影响，料屑分布广且不均匀，模具维护时需做到全面无死角清洁，维护频率为5000 件1 次。

DLC 镶块刃口维护

后工序模具刃口DLC 处理可以在保证镶块刃口硬度的同时得到很低的表面粗糙度，碎屑松散的吸附在刃口上，避免碎屑与刃口粘连，既保证了零件质量又减小了工人的维护难度，在铝板模具的生产中得到很好的应用。日常维护时需注意上模刃口处需喷涂清洁油，清除刃口表面碎屑，下模刃口处需涂抹黄油保证生产过程中的碎屑不飞离。

结束语

随着新能源汽车的发展，汽车轻量化要求不断推进，铝合金板材因其自身优势必将得到越来越多的应用。虽然目前铝合金板材在使用过程中仍存在许多问题，无论是模具规划前期还是批量生产阶段仍面临诸多挑战。但经验在积累，科技在创新，相信在专业人士的不断努力下，铝合金板材生产问题会逐一解决，铝板模具生产会更加稳定、高效。

作者简介

李珊珊

冲压工厂生产高级经理，材料成型专业硕士研究生，15年冲压模具技术开发及生产经验，负责开发车型15 个，拥有相关专利2 项，具备丰富的新项目模具开发、序列化模具生产、模具维护等经验。

汽车铝合金覆盖件模具调试方法

铝合金板材具有质量轻、强度高、抗腐蚀性能好等优点，广泛用于汽车轻量化制造，如图1所示。铝的密度是2.7 g/cm3，是钢铁密度的1/3左右，以铝板厚度为钢板厚度的1.44倍为例，减重效果可达到50%。铝合金件与钢件在设计结构上没有本质区别，但在成形方面，铝合金板与钢板的材料特性不同，在冲压成形时铝合金板更容易出现开裂和起皱，如图2、图3所示。铝合金板还具有延伸率低、冲压成形性差、弹性模量小、回弹较大的特点，铝合金板的弹性模量是钢板的1/3，其回弹量约是钢板的3倍左右，导致冲压难度大。

图1 铝合金件车身应用分布

图2 起 皱

图3 开 裂

1铝合金件模具调试1.1

铝合金件模具调试技术要点

成形铝合金件的模具调试技术要点如下。

（1）铝合金件的回弹量是普通钢件的3倍左右，对拉深模的粗糙度要求比普通钢件模具更高，必须在粗糙度值达到要求的前提下才能进行调试，选用较软油石推光模具零件型面，模具零件型面及成形凸模圆角R不能有划伤痕迹，更不能有砂眼气孔。

（2）拉深调试进料对照CAE分析严格控制，误差≤2 mm，保证模具冲压的稳定性。

（3）拉深模调试不可随意对拉深筋及拉深槽圆角R进行放大；需要调整拉深筋或圆角R时，应按图4所示顺序进行。

图4 拉深筋布置

（4）铝合金件硬化后屈服强度上升，后工序整形翻边易出现暗裂，拉深模调试时变薄量按上限控制，不允许有桔皮现象产生。

（5）研配着色必须成均匀雾状散开，切不可成云朵分散状（见图5）。

图5 研配着色雾状

（6）严禁使用角磨机等气动工具打磨，以免造成型面坑洼。

（7）铝合金件容易氧化，存放时不能表面外露，铝合金表面油膜不能受损，应包装保存。

（8）铝合金件材质偏软，硬度较低，成形过程中容易拉伤，调试前板件要清洁无尘，板件毛刺应使用锉刀去除，不能使用气动工具。

（9）铝合金件成形后检查表面质量时不可像钢件一样使用油石打磨，而是采用胶木软油石或光照检查，避免铝合金件表面划伤。

1.2 铝合金件拉深模调试方法

1.2.1 基准件制作及压料面研配

（1）基准件凸模检查，清理加工残留，判定上、下模通气孔设置是否合理。

（2）成形外板的凸模推光，粗糙度Ra<0.8 μm，保证所有凸模圆角和棱线光顺清晰，并用钢皮、油石检查修复淬火区域缺陷，保证基准连线，推光凸模拉深坎、压料面及凹模圆角，各圆角粗糙度Ra<0.4 μm；内板各圆角粗糙度Ra<0.8 μm。

（3）根据调试指导书对各压力参数、气垫行程、机床行程进行设定，调整所有导向间隙至要求值。

（4）研合压料面时，气垫压力参照调试指导书设定，前期大于标准压力1.2倍进行研合，当压料面达50%左右着色时采用标准压力研合，为后期调试成形裕度保留可操作空间。

（5）带平衡块研合压料面，先保证每个平衡块均着虚色，然后根据平衡块着色情况打磨压料面，防止压料面研合倾斜，在打磨过程中平衡块垫片必须统一并逐一向下递减。如板料出现起皱现象可将此处作缺口至拉深筋根部，防止褶皱导致误判，着色要求为管理面100%，非管理面90%。

1.2.2 成形性研配调试

（1）保证压料面粗糙度达Ra0.8 μm、各圆角粗糙度达Ra0.4 μm才能进行制件调试工作。

（2）不带平衡块进行制件调试，气垫压力、行程、冲压速度按照成形分析报告设定。

（3）分层调试（每次20~30 mm再向下），根据调试指导书调节进料尺寸，观察模具进料状态，并做好记录。

（4）分层调试过程中对压料面着色硬点进行逐步排除，保证压料面的成形稳定性。

（5）调试过程中观察制件凸台等形状和机床主压力，逐步调试到底，确认成形到底高度并记录。

（6）模具成形到底后检查最终进料状态并对比理论状态，根据结果对模具作适当地调整，保证实际流入量和成形分析流入量接近或吻合。

（7）根据着色图清理侧壁间隙及凹模圆角根部，研合压力不能大于制件成形力，型面研合着色率应满足：关键区域90%，非关键区域80%，强压面95%，基准面RPS点位置100%，可对照图6进行模具着色。

图6 研配着色指示

（8）调试过程中调整的拉深筋高度、拉深槽R角、工艺补充圆角等数据需全部记录在调试指导书上。

（9）检查上、下模及压边圈圆角修磨过的位置硬度是否满足设计要求，不足则进行淬火。

1.2.3 成形裕度调试

（1）不带调压垫。在不带调压垫的情况下成形拉深件，检查出件状态。如果制件不皱不裂，可将压边圈标准压力逐次下调5%~10%，以标准压力 1 000 kN为例，可从950 kN调至900 kN分别检查制件状态，依次递减找到下限值再将标准压力逐次上调5%~10%，直到破裂并检查各压力下的制件状态，并调整模具至零件合格。压边力设置范围的合格标准为±10%。

（2）带调压垫。测试方法同上，压边圈压力以10%逐次上调至零件破裂，检查各压力下的制件状态，找到上限值。压边圈压力以5%逐次下调检查零件状态找到下限值（缩颈、开裂、起皱在不满足标准的前提下进行相应处理），并调整模具至零件合格。压边力设置范围的合格标准为（-15%，+30%），调压垫分布如图7所示。

图7 调压垫分布

1.3 铝合金件后工序模具调试方法

1.3.1 基准件制作及压料板研配

（1）用带工艺基准CH孔工序件协调凸模，保证修边、翻边、整形区域制件与凸模间隙<0.5 mm，如遇工序件有回弹，保证工序件与凸模型面贴合率：基准S面贴合率<0.1 mm，工艺基准CH孔位误差<0.2 mm，且工序件定位稳定可靠。

（2）推油光修边、翻边凸模，粗糙度Ra<0.8 μm，成形外板件的凸模用钢皮和油石检查，修复淬火区域缺陷至要求。

1.3.2 研配调试

（1）将各工序件带工艺基准CH孔工序件的正反面涂色，将压力机滑块高度抬高，保证修边、翻边镶件、凸模不工作，且工序件不变形的情况下研合压料芯。

（2）研合每一工序压料芯必须带平衡块进行，且平衡块始终在等高着色的状态下研合，以保证压料芯研合的整体平行度，减少后期由于更换压力机生产而带来的误差。

（3）研合过程中随时观察工艺基准CH孔是否窜动，并判定原因，保证制件定位可靠。

（4）压料芯研合工作区域着色率需达到95%以上，外板翻边区域着色需达到100%。

2铝合金件模具调试注意事项

（1）修边凹模刃口圆角。修边凹模刃口倒R0.5 mm圆角，如图8所示。凹模刃口使用油石或锉刀打磨成R0.5 mm圆角后，铝合金件在切边时处于拉断状态，断裂带增加，光亮带和毛刺减少。

图8 修边刃口倒圆角

（2）废料刀结构。废料刀与下模刀块间隙控制在1~2 mm，废料刀刃口倒5°斜角，这种结构能防止切屑的产生和堆积，减少切屑压伤，如图9所示。

图9 修边废料刀结构

（3）上模镶件修边刃口吃入量。修边刃口吃入量一般控制在3 mm左右，交刀处控制在5 mm左右，如图10所示。

图10 修边刃口吃入量

（4）修边刃口间隙。铝合金件修边模刃口间隙比钢件的大，一般控制在（0.1~0.12）t，如图11所示，此时断面光亮带占1/3左右，断裂带大，基本上无毛刺产生。

图11 修边刃口间隙

（5）修边刃口角度。铝合金件修边模刃口设计时应考虑内收形式，如图12所示，刃口内倾2°，在保证刃口强度的情况下，减小刃口和料边的摩擦，对切屑产生有抑制作用。

图12 修边刃口角度

（6）翻边刃口间隙。铝合金件翻边模刃口间隙比钢件大，设计为板料厚度的1.1倍，即翻边间隙为1.1t，如图13所示，略微偏大的翻边间隙能减少翻边时对零件的挤压拉伤，如图14所示。

图13 翻边刃口间隙

图14 板件拉伤

▍原文作者：陈文锋陈峤伊胡德智曾昭亮

▍作者单位：四川成飞集成科技股份有限公司

消除铝合金压铸件气孔缺陷的工艺改进

消除铝合金压铸件气孔缺陷的工艺改进

金柱，陈娟，钱运亮，陈支平

(东风(十堰)有色铸件有限公司，湖北 十堰 442062)

来源：《铸造工程》

摘要：针对铝合金压铸件气孔属于内部缺陷且不容易被观察和识别，尤其是密集针孔型气孔缺陷，X光探伤也不能识别检测出来的情况，在压铸成型金属填充理论的基础上对其形成进行分析和控制；通过双通道高真空技术、净化除气技术、喷涂工艺优化、浇注溢流系统优化、压铸工艺参数调整等技术的研究与应用来解决压铸件气孔缺陷；经过批量生产后，证明这些改善技术效果显著。

关键词：铝合金；压铸件；气孔；净化除气；高真空

中图分类号：TG292 文献标识码：B 文章编号：1673-3320（2023）01-0015-06

Research and Application of Air Hole Improvement

Technology in Aluminum Alloy Die Castings

Jin Zhu, Chen Juan, Qian Yunliang, Chen Zhiping

(Dongfeng (Shiyan) Nonferrous Casting Co., Ltd., Shiyan 442062, Hubei China)

Abstract: The pores of aluminum alloy die castings are internal defects and are not easy to be observed and identified, especially dense pinhole pores that cannot be detected by X-ray inspection. This article analyzes and controls the formation of pores based on the theory of die-casting metal filling. Through the application of dual-channel high-vacuum technology, purification and degassing technology application, spraying process optimization application, pouring overflow system optimization application, optimized adjustment of die casting process parameters and other technologies to solve the pore defects of die castings. It is proved by mass production that the improvement technology has a significant effect.

Key words: aluminium alloy; die casting; air hole; purification and degassing;high vacuum

0 前言

近年来，随着轻量化及节能减排的需要，铝合金在航空航天、汽车及船舶等交通运输领域的应用越来越多[1～3]。汽车降低能耗的主要途径有改进系统和减轻汽车重量，而使用轻质材料制造汽车零部件是减轻汽车重量的有效途径。

铝合金压铸件因优异的材料性能、成型方便和轻量化等，成为了首选。随着汽车等工业的发展，铝合金压铸件产量年增近13%，占有色合金压铸件产量的75%以上。现铝合金压铸件正向着大型、复杂、薄壁和高精度、集成化方向发展，推动了铝合金压铸技术的进步。铝合金压铸件在汽车上的应用主要集中在壳体件、发动机部件和其他非发动机部件[4]。

1 铝合金压铸件气孔形态

气孔是铸件中—种内表面光滑的球状孔洞性缺陷，一般为在冷却和凝固过程中以气泡形式析出的气体来不及跑出液面而留在铸件中形成。铝合金吸入的气体以氢气为主，实践证明氢能大量地溶解于铝合金中，氢的来源通常是铝和水蒸气的化学反应。如果除氢不彻底，铝液就可能含有大量的气体，从而导致气孔的产生。铸件冷却速度越快，当氢气的含量大于其溶解度时即以气泡的形式析出，来不及排出就在铸件凝固过程中形成细小分散的气孔，即所谓的针孔，且多呈圆形不均匀，常出现在铸件的厚大断面和冷却速率较慢的部位。此外，铝液在充型过程中，压室和模具型腔中的气体较难逸出，很容易形成气孔。

图1为铝合金压铸件解剖后气孔缺陷的形态，从图中可以清晰看见，气孔具有光滑的表面，形状呈圆形或椭圆形，分布往往是不均匀的。

(a)实物状态 (b)金相组织 (c)扫描电镜下的形貌

图 1 压铸件气孔缺陷的形态

Fig.1 Forms of porosity defect in die castings

2 消除气孔的技术2.1 净化除气技术

铝合金熔体净化效果对疏松、气孔、夹杂等形成有重要影响，并直接影响铝合金压铸件的物理性能、力学性能及其他使用性能。没有高品质的铝合金熔液，即使后续的晶粒细化处理再有效、加工成形控制再先进、采取的铸造工艺手段再合理，缺陷一旦从开始就产生，它将顽固地存在而且难以弥补，高质量的铸件也就很难得到。因此，在复杂压铸件的制造过程中必须重视铸造铝合金熔体中的气体问题。

目前，最有效的降低压铸件内部气孔风险的途径就是严格控制熔体的含气量，采用针对性除气手段降低熔体含气量。

一般铝合金熔体中的气体主要是氢气(约占80%～90%)，其次是氮气、氧气、一氧化碳等。铝在熔化过程中不可避免地会发生铝液反应而离解出氢。一般氢几乎不溶于固态铝，但在液态铝中的溶解度却很大，并随温度的升高而增加。

氢在铝合金固相线上、下的溶解度分别为每100g铝液的氢含量0.65mL和0.034mL，即氢在固液两相的溶解度相差约19.1倍。相应的理论研究表明，铝液熔体产氢机理如下列反应式。

(1)铝液与大气中的水分反应:2A1+3H2O=Al2O3+6H

(2)铸锭或回炉料表面腐蚀膜Al(OH)3反应:A1(OH)3+A1=Al2O3+3H

上述反应产生的氢以原子态溶解在铝液中。由于溶解度的不同，伴随着液固相变，氢将遵循西华特定律而析出，当氢气压力大于表面张力和液体静压力时即形成气泡，进而在铸件中产生针孔。

通过多轮对比试验验证，确定了生产高品质复杂压铸件时铝合金熔体含气量应控制在0.10～0.14mL/100g，并相应地采取铝合金熔体二次除气处理技术，即在使用环保精炼剂一次除气精炼处理工艺后，再加上吹氮气旋转除气SNIF法，除气时间可缩短为4～5min，以防止长时间搅动紊流造成的合金吸气，从而获得高质量铝合金熔体，氮气旋转除气净化如图2所示。

(a)铝液除气净化现场实际状态

(b)铝液内部通氮气旋转除气

图 2 氮气旋转除气净化技术

Fig.2 Nitrogen rotary degassing purification technology

2.2 双通道高真空技术

采用双系统高真空压铸工艺，快速抽除模具型腔内的气体，使金属液在负压下填充型腔，真空度≤80mbar的型腔处于接近真空状态，可以大幅度降低因紊流的金属液卷入气体而形成气孔的可能性，基本可以消除铸件内部气孔的成因，铸件含气量得到有效降低，内部气孔率下降，从而提高致密度，使铸件的综合力学性能在满足标准的基础上大幅提升。

双通道高真空压铸技术是指同时从型腔、压室处抽真空。从型腔抽真空的目的是为了降低型腔中的气体含量，减少气孔缺陷；从压室抽真空的目的在于提高抽气速率，减少烟气、水蒸气对铸件的影响，从而提高型腔中的真空度，确保高真空压铸的可靠性。高真空压铸技术的难点是真空截止阀的结构与真空系统的设计。

目前真空阀的结构形式多种多样，按工作原理可以分为三类:第一类结构是改变通道的截面积，使金属液的流动性逐步降低，从而在进入真空管道之前使金属液的自然流动停止，如锯齿型的真空阀；第二类结构是利用金属液的惯性冲力使真空阀的排气通道关闭，如GF阀，这两种结构的真空阀由于抽气速度的局限性，常用于普通真空压铸；第三类结构是通过型腔中金属液的充填位置，利用液压或气压使真空阀阀芯关闭，这种结构的真空阀适用于高真空压铸。

真空系统的设计采用双独立真空系统排气，与单系统真空排气方式的不同在于熔杯与型腔的排气是由两个独立系统分别完成的，最大程度上保证了在型腔接力排气时，熔杯系统的真空罐压力为最低，已达到最终的排气最佳效果。双独立真空系统排气如图3所示。液压阀结合排气板的双系统高真空排气是提高结构件真空压铸效率的有效手段，见图4。

图 3 双独立真空系统排气示意图

Fig.3 Exhaust diagram of dual independent vacuum system

(a)真空阀在模具上的设计

(b)真空阀在压铸模上使用

图 4 液压阀结合排气板的模具结构

Fig.4 Mold structure of hydraulic valve combined with exhaust plate

双独立真空系统排气抽真空开始和结束点的设置很关键。抽真空开始位置设置过早，则压室和型腔与外界相通，起不到密闭空间作用，抽真空失效；抽真空开始位置设置过晚，则导致抽真空时间过短而抽真空的效果比较差；抽真空结束位置设置过晚容易把合金抽到真空阀里，导致阀体堵塞而抽真空失效。通常在冲头刚过压室铝液注射口时，压室和型腔同时开始抽真空，在高速开始前型腔结束抽真空。

2.3 喷涂工艺优化

在压铸生产过程中，脱模剂一直是模具冷却的重要手段。喷涂水基脱模剂时，压缩空气夹带着脱模剂涂敷模具表面的同时，受到高温模具表面对它们的加热影响，使脱模剂中的水分在尚未接触模具表面时就已经气化，而且随着与模具表面接触时间的不同，水基脱模剂被加热的温度也不同，模具被水基脱模剂冷却的程度也不一样。

在模具热区，润滑剂可能更多地受到挥发温度或热梯度的影响。如果型腔的热区和周围冷区的温度差很大，则形成表面张力梯度，受马拉高尼效应影响，即当一种液体的液膜受到如温度、浓度等的外界扰动而使液膜局部变薄时，它会在表面张力梯度的作用下形成马拉高尼流，使液体沿最佳路线流回薄液面，润滑膜将倾向于流向模具较冷的区域。如果所喷的脱模剂足够补偿马拉高尼流效应，把模具热区完全覆盖，其结果是可能在冷区有太多的脱模剂，在与高温铝液接触时瞬间气化导致铸件形成气孔或色斑。

如图5所示，某飞轮壳防尘塞安装孔在产品下端位置，模具也设计在最下方位置，在喷涂模具时，残余脱模剂易堆积在该部位，导致在压铸件的表皮形成密集型气孔，严重时甚至出现冷隔欠铸缺陷。后期通过调整喷涂工艺，微调喷涂轨迹、模具底部位置喷涂时间从5s降低到3s、吹气时间从4s增加到7s等来避免底部位置脱模剂的残留，消除防尘塞孔的气孔缺陷。

(a)飞轮壳气孔缺陷位置 (b)飞轮壳模具结构 (c)飞轮壳毛坯缺陷状态

图 5 某飞轮壳实物及气孔缺陷位置

Fig.5 The real object of a flywheel housing and the location of the porosity defect

如图6所示，某喷油垫块内腔加工完后出现密集型气孔，是由于在产品调试阶段采用了手工喷涂作业，模具中间大抽芯处喷涂涂料过量吹气不净，残留的脱模剂与铝液接触时瞬间气化，气体来不及逸出形成的密集型针孔缺陷。在保证不勒模的情况下，可适当缩短喷涂时间、减少模具中间型芯表面残留的脱模剂来消除该处气孔缺陷，经过后期批量生产验证，表明改善效果较佳。

(a)垫块浇注系统 (b)气孔缺陷位置 (c)喷涂改善后 X 光探伤状态

图 6 某喷油垫块气孔喷涂改善前后对比

Fig.6 Comparison before and after improvement of air hole spraying of an oil injection pad

2.4 压铸工艺参数优化

铸件气孔中的气体来源于合金液、模具型腔、压射室及涂料，但在正常规范的生产中，铸件气孔中的气体主要来源于模具型腔和压射室。模具型腔主要靠合理的浇注系统和溢流排气系统来最大程度地减少气体进入铸件并使之排出模外，而压射室中的气体是靠调整压射行程来控制压射冲头快速填充位移的起点，也就是慢压射行程的终点，使合金液以慢速充满压室前端堆积于内浇口前沿，从而最大程度地减少气体被合金液卷入而带入模具型腔，达到最大程度地减少铸件中的气孔、提高铸件内部质量的目的。所以，在压铸过程中对压射行程的控制是非常必要的。

某油封座内腔大圆加工面出现批量密集型针孔气孔，在做好铝合金熔液净化除气后仍然有针孔气孔缺陷(图7)，通过二级快压射起始位置由415mm调整至450mm，增压起始位置由480mm调整至510mm后，压射内的气体充分逸出，铸件内部气体减少，中间油封孔加工面针孔气孔缺陷比例明显降低。

(a)某油封座实物 (b)气孔缺陷位置 (c)改善后 X 光探伤状态

图 7 某油封座压铸工艺改善前后对比

Fig.7 Comparison before and after improvement of die-casting process of an oil seal seat

2.5 浇注、溢流系统优化

浇注系统包括浇道和排溢两个系统。在压铸件生产中，浇注系统的设计对减少模具投产前的试验次数，对压铸件质量、压铸生产效率、模具寿命、压铸件清理、合金利用率等都有重要影响。这里就浇注系统与铸件气孔缺陷做分析，浇注系统中内浇道位置、形状和大小直接影响着金属液的充型方向、流量和速度，从而影响到铸件的内部质量，当然溢流槽的设计也至关重要。

某发动机齿轮室属大平板类铸件，外形尺寸大，长654mm，宽509mm，高75mm，如图8(a)所示。在复制模调试时发现气孔缺陷主要集中在产品两侧悬置区加工端面，见图8(b)，铸件内部组织中气体过多会导致铸件在使用过程中出现耐压不够的情况而报废。

前期通过调整压铸工艺参数来改善铸件内部气孔缺陷的效果不明显，最终通过在模具右侧溢流排气系统空处增加积渣包，同时增加模具左侧溢流槽的宽度和深度来提高两侧悬置区的积渣排气功能。修改的溢流槽宽度由38mm增加到50mm，溢流槽的厚度由2.2mm增加到2.8mm，模具浇注系统修改位置如图8(c)所示。模具修改后两侧悬置区加工端面密集型针孔缺陷已消除，效果较明显。

(a)齿轮室实物 (b)气孔缺陷位置 (c)浇注系统修改位置

图 8 某发动机齿轮室实物及改善

Fig.8 Physical and improvement of an engine gear chamber

2.6 增加顶出片加强排气

某气阀室罩盖中间装呼吸器圆孔加工后气孔缺陷比例持续较高，在铝合金熔体除气净化、调整压铸工艺参数、优化喷涂工艺和增加中间溢流块体积后改善效果仍不明显(图9)，最终通过在原有三个顶杆顶出的基础上又增加6个仿形顶出片(图10)，一是为了平衡零件各处顶出力防止零件顶出时变形；二是为了利用顶出片型芯与模具之间的间隙加大排气能力，消除中间圆孔的气孔缺陷。通过大批量验证，发现中间圆孔气孔缺陷基本消除。

图 9 加大中间圆孔溢流块设计

Fig.9 Enlarge the design of the overflow block in the middle round hole

图 10 某气阀室罩盖中间增加异形顶出片

Fig.10 A special-shaped ejector piece is added in the middle of a valve chamber cover

3 结论

(1)通过双通道高真空新技术的应用，降低模具型腔和压室内部气体的含量，使其接近真空状态，同时增加净化除气技术的应用，降低熔体含气量，从而降低铸件内部气孔的产生。

(2)优化喷涂工艺，通过缩短喷涂时间、改善喷嘴方向、延长吹气时间，来降低脱模剂残留含量，可有效避免铝液和水分接触瞬间气化产生的密集型针孔缺陷。

(3)合理的高速切换点选择对铸件内部质量有较大影响，同时根据产品的内部质量要求对模具浇注系统进行改进，对压铸件品质的提升有积极意义。

参考文献

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[4]金柱，陈娟.A380铝合金齿轮室压铸件开裂机制分析及改善[J].铸造工程，2021，36(3):1-5.

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